Pembentukan Sinar Katoda

Pelucutan Gas adalah peristiwa mengalirnya muatan-muatan listrik di dalam tabung lucutan gas

pada tekanan yang sangat kecil. Sebuah tabung lucutan adalah tabung yang berisi udara,

didalam tabung berisi elektroda elektroda, yang biasanya disebut anoda dan katoda. Udara

dalam tabung ini tidak dapat mengalirkan arus listrik walaupun ujung-ujung elektroda tersebut

dihubungkan dengan induktor Ruhmkorf.

Keadaan akan berubah jika udara dalam tabung dikeluarkan sehingga tekanan udara menjadi

kecil dan letak-letak molekul udara manjadi renggang. Pada tekanan 4 cm Hg dalam tabung

memancarkan cahaya merah-ungu. Cahaya ini akan menghilang sejalan dengan semakin

kecilnya tekanan. Pada tekanan 0,02 mm Hg udara dalam tabung tidak lagi memancarkan

cahaya namun kaca dimuka katoda berpendar kehijauan. Crookes berpendapat bahwa dari

katoda dipancarkan sinar yang tidak tampak yang disebut Sinar katoda. Sinar katoda dapat di

pelajari karena bersifat memendarkan kaca. Sinar Katoda adalah arus elektron dengan

kecepatan tinggi yang keluar dari katoda.

Sifat sinar Katoda:

1. Memiliki Energi

2. Memendarkan kaca

3. Membelok dalam medan listrik dan medan magnet.

4. Jika ditembakkan pada logam menghasilkan sinar X

5. Bergerak cepat menurut garis lurus dan keluar tegak lurus dari Katoda.

Simpangan sinar katoda dalam medan listrik dan medan magnet menunjukkan bahwa sinar ini

bermuatan negatif. Thomson dapat menunjukkan bahwa partikel sinar katoda  itu sama bila

katoda diganti logam lain. Jadi partikel-partikel sinar katoda ada pada setiap logam yang disebut

elektron. Tanpa mngenal lelah dan menyerah, akhirnya Thomson dapat mengukur massa

elektron, ternyata muatan elektron 1,6021.10^-19 Coulomb dan massa elektron 9,1090.10^-31

Kg. Terjadinya sinar katoda dapat diterangkan sebagai berikut: Pada tekanan yang sangat kecil,

letak molekul-molekul udara sangat renggang, dalam gerakannya menuju katoda (-), ion-ion

positif membentur katoda dengan kecepatan tinggi. Benturan-benturan tersebut mengakibatkan

terlepasnya elektron-elektron dari logam katoda.

MODEL ATOM RUTHERFORD

Gambar 8 Rutherford

Pada tahun 1909 Hans Geiger dan Ernest Marsden dengan petunjuk dari Ernest Rutherford

melakukan eksperimen di Laboratorium Fisika Universitas Manchester untuk membuktikan kebenaran

dari teori atom yang dikemukakan oleh Thomson

Eksperimen ini melibatkan penambakan partikel alfa (inti atom helium atau ion helium dengan muatan

positip) yang diemisikan oleh unsur Radium pada lempengan logam emas tipis dan kemudian

mendeteksi partikel alfa yang telah melewati lempengan logam emas tersebut dengan menggunakan

layar yang dilapisi seng sulfida (ZnS) sebagai dtetektor.

Gambar 9 Eksperimen Rutherford

 

Rutherford berpendapat bahwa apabila struktur atom yang dikemukakan oleh Thomson adalah benar

maka sebagian besar berkas partikel alfa akan melewati lempengan logam emas dan sebagian kecil

sekali yang akan didefleksi.

Akan tetapi hasil eksperimen Rutherford sangat mengejutkan, walaupun sebagian besar berkas

partikel alfa melewati lempengan logam emas, terdapat banyak berkas partikel alfa yang didefleksi

dengan sudut yang besar (lebih dari 900), bahkan terdapat berkas partikel alfa yang direfleksi kembali

kearah sumber tanpa pernah menyentuh layer detector (perhatikan gambar).

Gambar 10 Hasil Eksperimen Rutherford

 

etelah merunut pola-pola partikel alfa yang ditembakkan ke lempeng logam emas, maka Rutherford

mengambil kesimpulan bahwa sebagian besar ruang dalam atom adalah “ruang kosong”, dan

terdapat massa yang terkonsentrasi pada pusat atom yang bermuatan positif dimana ukurannya

10.000 kali lebih kecil dibanding ukuran keseluruhan bagian atom, dan elektron mengelilingi inti atom

tersebut seperti planet-planet kita mengelilingi matahari.

Rutherford menyimpulkan struktur atom tersebut berlandaskan eksperimennya sebagai berikut:

1. Sebagian besar berkas partikel alfa yang dapat melewati lempengan logam emas

menunjukan bahwa partikel alfa ini melewati ruang kosong yang ada di dalam atom sehingga

dengan mudah partikel alfa ini melewati ruang kosong tersebut tanpa hambatan yang berarti.

2. Berkas partikel alfa yang didefleksi menunjukan bahwa partikel alfa tersebut berada pada

posisi yang dekat dengan inti atom yang bermuatan positif. Muatan positif dengan muatan

positif akan saling tolak menolak, hal inilah yang menyebabkan partikel alfa dibelokan dengan

sudut yang besar.

3. Berkas partikel alfa yang di refleksi kembali (dipantulkan kembali) menunjukan bahwa partikel

alfa tersebut bertumbukkan dengan inti atom yang bermuatan positif. Inti atom emas

mempunyai massa dan muatan positif yang lebih besar disbanding dengan massa dan

muatan partikel alfa, hal inilah yang membuat partikel alfa di pantulkan kembali.

Berdasarkan hal tersebut diatas maka Rutherford mengajukan model atom sebagai berikut:

Gambar 11 Model Atom Rutherford

 

Kelemahan Teori Atom Rutherford

Menurut ahli fisika klasik, dalam pergerakannya mengitari inti, elektron akan senantiasa

memancarkan radiasi elektromagnet. jika demikian, maka lintsannya akan berbentuk spiral dan

akhirnya akan jatuh ke inti.

Penemuan Neutron oleh Chadwick07.23 Diposkan oleh BiF admin 

Penemuan Neutron oleh Chadwick. Percobaan Rutherford yang berhasil menemukan proton dan inti atom masih menyimpan misteri. Jika atom tersusun atas proton dan elektron, jumlah massa proton dan elektron seharusnya sama dengan massa atom. Namun, fakta saat itu justru memberikan informasi bahwa jumlah massa proton dan elektron lebih kecil dari massa atom.

Para ilmuan menduga dalam inti atom masih terdapat partikel dengan muatan netral dan beratnya merupakan selisih antara massa atom dan jumlah massa proton dan

elektron. Dua puluh tahun kemudian, misteri itu akhirnya terkuak, James Chadwick, seorang ilmuan Inggris berhasil menemukan partikel neutron pada tahun 1932.

Chadwick mengamati bahwa berilium yang ditembak dengan partikel α memancarkan suatu partikel yang mempunyai daya tembus yang sangat tinggi dan tidak dipengaruhi oleh medan magnet maupun medan listrik. Partikel ini diberi nama neutron. Sifat-sifat neutron adalah :

1. Tidak bermuatan karena sinar neutron dalam medan listrik ataupun medan magnet tidak dibelokkan ke kutub positif dan negatif.

2. Mempunyai massa yang hampir sama dengan massa atom, yaitu 1,675 x 10-24 g atau 1,0087 sma

Thomson

Berdasarkan percobaan tentang hantaran listrik melalui tabung hampa/tabung pengawan muatan (discharge tube) atau tabung sinar katode. Dalam tabung katode tekanan gas dalam tabung dapat diatur melalui pompa isap (pompa vakum). Pada tekanan cukup rendah dan tegangan yang cukup tinggi (beberapa ribu volt), gas dalam tabung akan berpijar dengan cahaya yang warnanya tergantung pada jenis gas dalam tabung (gas neon berwarna merah, gas natrium berwarna kuning). Jika tekanan gas dikurangi, maka daerah didepan katode akan menjadi gelap. Daerah gelap ini akan bertambah jika tekanan gas dalam tabung terus dikurangi, akhirnya seluruh tabung menjadi gelap, tetapi bagian tabung didepan katode berpendar dengan warna kehijauan.

Melalui percobaan dapat ditunjukkan bahwa perpendaran tersebut disebabkan oleh suatu radiasi yang memancar dari permukaan katode menuju anode. Oleh karena berasal dari katode, maka radiasi ini disebut sinar katode. Hasil percobaan tabung katoda ini membuktikan bahwa ada partikel bermuatan negatif dalam suatu atom karena sinar tersebut dapat dibelokkan ke arah kutub positif medan listrik. selanjutnya sinar katode ini merupakan partikel yang bermuatan negatif dan oleh Thomson partikel ini dinamakan elektron.

Penemuan Inti Atom Rutherford14.10 Diposkan oleh BiF admin 

Penemuan Inti Atom Rutherford. Pada waktu yang hampir bersamaan dengan percobaan Thomson, empat orang fisikawan, yaitu Henri Becqurel, Marie Curie, Pierre Curie, dan Ernest Rutherford meneliti keradioaktifan. Ada tiga jenis partikel sinar radioaktif, yaitu partikel alfa (α) bermuatan positif, partikel beta (β) bermatan negatif dan gamma (γ) yang tidak bermuatan.

Pada tahun 1906, Ernest Rutherford bersama mahasiswanya Geiger dan Marsden meneliti radiasi dari uranium, radium, dan radioaktif lain yang memancarkan sinar α, β

dan γ. Radioaktif tersebut disimpan dalam kotak timbel dengan lubang yang sangat kecil sihingga sinar α dalam kotakakan terpancar. Pancaran sinar α digunakan untuk menembak lempeng emas tipis sehingga eksperimen tersebut dikenal dengan eksperimen lempeng tipis emas. Sebagian besar sinar α diteruskan, hanya sedikir yang dipantulkan.

Image source : google.co.id

Mengapa sinar α lebih banyak diteruskan dibanding yang dipantulkan oleh lempeng emas? Sinar α yang bermuatan posititf menumbuk partikel pejal (logam emas) yang juga bermuatan positif. Partikel yang muatannya sama akan tolak-menolak. Partikel pejal tersebut dinamakan Rutherford inti atom.Elektron terletak di luar inti pada jarak yang relatif jauh dengan gerakan yang cepat, dikarenakan ada tolakan dari inti yang bermuatan positif.

Setiap atom mempunyai suatu pusat kecil atau inti. Peluang partikel α mendekati inti sangat kecil karena ukurannya yang sangat kecil. Artinya, inti akan menolak partikel α karena inti bernuatan positif seperti partikel α.

Kesimpulan :

1. Atom terdiri atas inti atom yang bermuatan positif dan elektron-elektron bermuatan begatif yang beredar mengelilingi inti atom

2. Atom bersifat netral sehingga jumlah proton dalam inti sama dengan jumlah elektron yang mengelilingi inti atom.

Sejarah Penemuan Proton, Neutron, dan Elektron Bagaimana inti atom ditemukan?, dan Elektron, Fisika, Kimia, Neutron, Sejarah Penemuan Proton, Seri Ringkasan

Fisika, Seri Ringkasan Kimia 

(Zakapedia). Pengetahuan para ahli tentang atom bukan berdasarkan pengamatan langsung pada objeknya,

seperti halnya kita mengamati buah jeruk, yakni membukanya, membelahnya, dan kemudian menggambarkan

strukturnya. Atom terlalu kecil untuk diamati. Diameter atom-atom antara 30 dan 150 pikometer (1 pikometer =

0,0000000001 meter). Dengan alat pembesar apapun kita tidak dapat melihat atom. Atom yang ditunjukkan pada

gambar di bawah ini hanyalah model hasil perkiraan para ahli sebagai kesimpulan mereka dari berbagai

eksperimen dan pengkajian teoritis yang pernah dilakukan. Inilah sebabnya model atom berkembang menurut

temuan-temuan baru. Pada kesempatan kali ini, kita akan membahas sedikit mengenai Sejarah Penemuan

Proton, Neutron, dan Elektron.

Gambar: Atom dengan awan elektron

Sejak awal abad ke-20 para ahli menyakini kebenaran model atom yang menggambarkan atom terdiri dari atas

inti atom yang berukuran kecil dan elektron-elektron yang berada sebagai "awan" di seputar inti atom. Inti atom

terdiri atas proton dan neutron. Ketiga macam partikel ini tergolong partikel dasar, sebab atom unsur-unsur

dibentuk oleh partikel-partikel ini. Proton bermassa 1,67 x 10-24     gram. Dalam menyatakan massa partikel dasar,

massa proton dan massa neutron dinyatakan sama dengan 1. Massa elektron 1/1836 kali massa proton. Oleh

karena massa elektron jauh lebih kecil daripada massa proton, massa elektron dapat diabaikan terhadap massa

proton. Proton bermuatan 1,60 x 10-19   coulomb. Dalam menyatakan muatan partikel dasar, muatan proton

dinyatakan sama dengan +1 . Besarnya muatan elektron sama tetapi berlawanan tanda dengan muatan proton.

Oleh karena itu, muatan elektron dinyatakan sama dengan -1. Sedangkan neutron merupakan partikel yang tidak

bermuatan.

Gambar: Susunan partikel atom (joeruff.com)

 

Bagaimanakah partikel-partikel dasar penyusun atom dtemukan dan diketahui sifat-sifatnya? Eksperimen

pertama yang menunjukkan adanya elektron dilakukan seorang ahli fisika bangsa Inggris J.J. Thomson sekitar

tahun 1900. Ia mengamati dua pelat elektroda dalam tabung vakum. Ketika dua pelat elektroda tersebut

dihubungkan dengan sumber tegangan tinggi, dari elektroda negatif (katoda) menjalar sinar menuju elektroda

positif (anoda). Sinar-sinar yang keluar dari katoda itu disebut sinar katoda, dan tabung vakum tadi

dinamakan tabung sinar katoda. Sinar katoda tidak terlihat oleh mata, tetapi keberadaannya dapat diketahui

karena mampu memendarkan ZnS yang terdapat pada kaca dinding tabung sinar katoda. Sinar

katoda dibelokkan oleh muatan listrik ke arah kutub positif. Fakta ini menjadi landasan bagi Thomson untuk

menyimpulkan bahwa sinar katoda sebagai arus partikel bermuatan negatif, yang dinamakan elektron.

Berdasarkan pengukuran simpangan jalan berkas elektron (sinar katoda) dalam medan magnet, Thomson

berhasil mengetahui hasil perbandingan muatan terhadap massa elektron, yaitu:

e/m = 1,76 x 108   coulomb/gram

e menunjukkan muatan elektron dalam satuan coulomb dan m menunjukkan massa elektron dalam satuan gram.

 Gambar: Alat eksperimen J.J. Thomson (en.wikibooks.org)

Selanjutnya, pada tahun 1909 Robert Millikan berhasil menentukan muatan elektron melalui eksperimen

tetesan minyak. Pada eksperimen tetesan minyak, tetesan halus minyak dapat menangkap satu, dua, tiga,

empat, lima, dan seterusnya elektron. Dari eksperimen tersebut, Millikan menemukan bahwa tetesan halus

minyak mempunyai muatan yang merupakan kelipatan bulat dari -1,60 x 10-19     coulomb. Dengan demikian, ia

menyimpulkan bahwa elektron mempunyai muatan sebesar -1,60 x 10-19     coulom. Oleh karena perbandingan

muatan terhadap massa elektron telah diketahui Thomson sebesar 1,76 x 108     coulomb/gram dan muatan

elektron diketahui Millikan sebesar 1,60 x 10-19     coulom, maka massa elektron dapat dihitung, yakni sebesar 9,11

x 10-28     gram.

Gambar: Eksperimen tetes minyak Robert Millikan (stmary.ws)

Bagaimana inti atom ditemukan? Penemuan inti atom berawal dari penemuan keradioaktifan. Unsur radioaktif,

misalnya uranium dan radium, secara spontan membelah diri karena inti atomnya tidak stabil. Unsur radioaktif

membelah diri seraya memancarkan sinar radioaktif. Sebagian dari sinar radioaktif dinamakan sinar allfa, Sinar

alfa terdiri atas arus partikel yang merupakan ion helium dengan muatan 2+ (He2+   )  

Rutherford, dalam eksperimen yang dilakukannya, mengarahkan berkas sinar alfa pada lempeng tipis logam,

misalnya emas, platina, dan tembaga. Ternyata sebagian besar partikel alfa dapat menembus lempeng tipis

logam tanpa penyimpangan arah. Hanya saja sebagian kecil sinar alfa yang disimpangkan perjalanannya, dan

sebagian kecil dipantulkan. Oleh karena sinar alfa bermuatan positif dan hanya sebagian kecil sinar itu

dibelokkan atau dipantulkan, maka Rutherford menyimpulkan bahwa pada dasarnya atom merupakan ruang

kosong. Di dalam atom mesti ada inti atom yang bermuatan positif dan berukuran jauh lebih kecil daripada atom,

tetapi hampir seluruh massa atom terpusat pada inti atom. Oleh karena inti atom bermuatan positif, maka inti

atom mesti terdiri atas proton-proton.

 Gambar: Eksperimen Rutherford (chegg.com)

Berdasarkan fakta bahwa massa inti atom unsur-unsur selalu lebih besar daripada keseluruhan massa proton

yang membentuknya, pada tahun 1920 Rutherford mengajukan hipotesis bahwa dalam inti atom harus ada

partikel yang tidak bermuatan, sedangkan massanya hampir sama dengan massa proton. Baru 12 tahun

berikutnya, tepatnya pada tahun 1932, hipotesis Rutherford berhasil dibuktikan oleh James Chadwick. Dalam

eksperimen yang dilakukannya, Chadwick menembaki atom berilium dengan sinar alfa. Dari hasil penembakan

itu terdeteksi adanya partikel tidak bermuatan, yang dinamakan neutron. Neutron tergolong partikel dasar karena

semua atom mengandung partikel ini (kecuali isotop hidrogen -1).

Partikel-partikel dasar itulah yang selanjutnya menyusun berbagai macam model atom seperti yang kita kenal

saat ini. Lebih jelasnya baca pembahasannya pada tulisan Ringkasan Sejarah Perkembangan Model Atom. 

Sekian dulu tulisan mengenai Sejarah Penemuan Proton, Neutron, dan Elektron, semoga bermanfaat.

MODEL ATOM RUTHERFORD 

  Pada tahun 1910, Rutherford melakukan eksperimennya dengan melakukan penembakan sinar alfa terhadap sasaran sebuah lempeng emas

 

Ernest Rutherford (1911)

Penemu inti atom

 

tipis.

Sinar alfa merupakan sinar yang berasal dari partikel yang dipancarkan oleh zat radioaktif. Sinar ini adalah partikel atom-atom helium yang bermuatan positif serta mampu menembus berbagai logam.

Hasil eksperimen menunjukkan bahwa adanya partikel alfa yang terpantul pada penembakan lempeng tipis emas. Fakta ini tidak sesuai dengan model atom yang dikemukakan oleh J.J. Thomson dimana atom digambarkan bersifat homogen pada seluruh bagiannya (tidak mengindikasikan adanya bagian yang lebih padat.

Dengan itu, pada tahun 1911 Rutherford mengajukan gagasannya tentang inti atom.

 

 

 

Dalam eksperimennya, Ernest Rutherford bersama dua orang asistennya yaitu Hans Geiger dan Ernest Mersden

melakukan penembakan terhadap lempeng tipis emas dengan partikel alfa berenergi tinggi (a). Mereka menemukan bahwa sebagian besar partikel alfa dapat menembus lempeng tipis emas tanpa pembelokan yang berarti, seolah-olah

lempeng emas itu tidak ada. Akan tetapi, kemudian mereka menemukan bahwa sebagian kecil dari partikel alfa mengalami pembelokkan yang cukup besar, bahkan beberapa diantaranya dipantulkan (b).

Terhadap fenomena di atas, Rutherford mencoba menjelaskan diantaranya :

Sebagian besar partikel sinar alfa diteruskan, menunjukkan bahwa pada dasarnya atom merupakan ruang kosong

Partikel sinar alfa yang mendekati inti atom dibelokkan , menunjukkan adanya gaya tolak inti terhadap lempeng tipis emas

Adanya sinar yang dipantulkan, menunjukkan bahwa dalam atom-atom emas terdapat bagian yang padat yang mampu memantulkan partikel alfa dan bagian atom yang padat tersebut mempunyai muatan positif (partikel alfa yang bermuatan positif akan ditolak oleh bagian atom yang bermuatan sama)

Dari hasil eksperimen, ia mengajukan gagasannya tentang inti atom. menurut Rutherford, sebagian besar dari massa dan muatan positif atom terkonsentrasi pada bagian pusat atom yang selanjutnya disebut inti atom. Elektron beredar mengitari inti pada jarak yang relatif sangat jauh. Lintasan itu disebut kulit atom. Jarak dari inti hingga kulit atom disebut jari-jari atom.

Model Atom Rutherford